文/姚锡伟、赵壹、毛朝勋

1 西安地裂缝机理研究

1.1 西安地裂缝概述

西安地裂缝是一种地区性的地质灾害现象，包括已出露地表的地裂缝和未在地表露出的隐伏地裂缝。“西安地裂缝”一词具有其特定的意义，它专指在过量开采承压水产生不均匀地面沉降条件下，临潼—长安断裂带西北侧的一组北东走向的隐伏地裂缝出现活动，在地表形成的破裂[1]。其分布由南而北在黄土梁洼之间有规律排列，均位于黄土梁的南侧，呈带状分布，并且各条地裂缝带大体呈等间距近似平行排列的特征。

1.2 西安地裂缝成因

1.2.1 构造活动

深部构造活动是地裂缝活动的内因，决定了地裂缝延伸和展布的规律及其力学性质。地裂缝是大范围深部构造活动或断裂的蠕动在地表的反映，它表现出在大范围内有统一的受力方向，并且与区域构造方向以及区域构造应力场的力学性质有很好的一致性[2]。西安断陷受应力场控制，由应力-应变分析表明，在NE-SW 向挤压应力与上地幔隆升作用下，产生形变。作用的结果使NW-SE 向出现伸展应变。这种伸展应变是材料的泊松效应，也是渭河盆地区域主应力的成因[3]。据历史记载，西安历史上出现的多次地裂活动与临潼—长安断裂带的地震活动在活动时间及活动周期上具有很好的一致性。因此，西安地裂缝形成主要与断裂的长期活动有关[4]。

1.2.2 人为活动

西安市所在关中地区是人类早期活动区域之一，城市开发久，人口稠密，供水需求极大。但是西安市属缺水城市，主要的供水水源为地下水。目前最大累积沉降量已超过1000mm，并成为西安市沉降速率最大的地区[5]。因此，洼地部位的地面沉降量大于梁地部位的沉降量，产生差异沉降。西安地裂缝均发育在梁地向洼地的过渡地带，且主要活动方式为南倾南降的正断型活动（局部除外）。这种差异沉降正好与地裂活动正向叠加，使其表现出超常的活动。

1.2.3 其他原因

断裂活动是西安地裂缝形成的地质构造基础，在此基础上的大规模开采地下水又加剧了活动趋势。此外低洼地的雨水积聚、黄土湿陷变形、修建建筑物引起的地面荷载及震动等都会为裂缝的扩展提供一些有利条件。

由于西安地裂缝灾害分布在西安市区及近郊，对城市工程建设影响较大，特别是近年来随着地铁工程建设的突飞猛进，研究西安地裂缝对地铁线路设计的影响和处理措施，就显得非常有理论意义和实践意义，本文以西安地铁六号线二期工程为例，对西安地裂缝段的地铁线路设计进行深入的研究和分析。

2 工程概况

西安地铁六号线二期工程起于一期工程劳动南路站后，主要沿劳动南路、西关正街、西大街、东大街、东关正街、咸宁路、纺织城正街、长乐东路行进，在长乐东路与柳鸣路路口设置二期工程终点站纺织城站。线路长约19.493km，均为地下线；设车站17 座（其中换乘站6 座），最大站间距1.708km（丰庆路站—西关正街站），最小站间距0.732km（西关正街站—贡院门站），平均站间距1.161km；设停车场一座（见图1）。

图1 西安地铁六号线二期工程线路走向示意图

根据《西安市地铁六号线工可阶段沿线地裂缝勘察报告》[6]，并结合初步勘察阶段结果，二期工程全线分布有f4、f5、f6、f7、f8、f8-1、f6北共7 条地裂缝（或带），相交地段11 处。与地铁六号线相交的各条地裂缝对地铁六号线影响程度分级定性评价等级在A～C 之间。其中东关正街—兴庆路区间影响等级为B，纺五路-纺三路区间影响等级为C。

3 地裂缝设防段及调坡段研究

3.1 一般地段地裂缝

一般地段地裂缝设防段长度按照长安大学编制的地裂缝研究报告进行设计；调坡段位于地裂缝上盘，设防段之外；调坡段长度等于130m 减去上盘设防段长度，如图2 所示。

图2 一般地段地裂缝调坡段设置示意图

3.2 一般地段地裂缝调坡设计

根据地裂缝的变形规律，当地裂缝上盘发生垂直位移量时，应从地裂缝处沿上盘方向调坡，如图3所示。

图3 一般地段地裂缝调坡设计示意图

对于调整的坡段长度，在线路纵断面设计时最大位移量按地裂缝设防研究报告、地勘报告中建议位移量数值，考虑运营行车条件的平顺性及舒适度，兼顾土建工程量，调坡段线路两个竖曲线之间的夹直线长度满足≥50m，同时调坡后的纵坡不大于设计最大坡度，不小于最小排水坡度要求。

就西安地铁六号线二期工程东关正街站—兴庆路站区间纵坡调坡设计进行实例研究。根据长安大学《西安地铁六号线穿越地裂缝带设防研究》，东关正街站—兴庆路站区间f5地裂缝处于二类场地地裂缝与地铁六号线交汇处，最大垂直位移预留量建议值为500mm。纵向设防长度设计建议值上盘35m，下盘30m，总计65m。按照地铁设计使用期（100年），经检算，在上盘设防段外地铁区间隧道垂直最大沉降为500mm 时，由地裂缝与线路交点处设置变坡点，向上盘方向100m 处设置调线调坡以满足调坡段外的地铁区间隧道沉降，调坡后的线路即可满足规范要求，原轨面坡度为11‰，调整后轨面坡度i=i0-A/100m=11‰-0.5m/100m=6‰（i0为原轨面坡度，A为最大垂直位移）。因此调整后坡度满足最大坡度及最小排水坡度要求，如图4 所示。

图4 东关正街站—兴庆路站区间调线调坡示意图

3.3 特殊地段地裂缝调坡设计

当同时存在两条主地裂缝或同时存在主地裂缝和次生地裂缝，且相距较近时，按照一般情况就不具备调坡条件，需要针对具体情况，具体分析解决。本文以西安地铁六号线二期工程纺五路站—纺三路站区间为例进行实例分析研究。

纺五路站—纺三路站区间有两条均为f7的地裂缝，两条地裂缝相距较近，约为14m，且均为主地裂缝。按照一般情况，难以设置调坡段及设防段，且调坡后坡度坡长难以满足规范要求。根据地裂缝设防研究报告、地勘报告，并经与地勘、结构等相关专业研究，调坡段设置在第一条f7地裂缝上盘，第二条f7地裂缝不设置调坡段，两条f7地裂缝之间采用框架结构板进行调节，设防段长度及调坡方式如图5 所示。

图5 纺五路站—纺三路站区间地裂缝设防段设置图

4 结语

以往，针对地裂缝形成机理、地裂缝加固措施和地裂缝结构设计的研究较多，针对在地裂缝情况下的地铁线路调坡设计的研究较少。本文以西安地铁六号线二期工程为例，对地裂缝形成机理，对地铁线路影响和调坡设计进行了研究和实例分析，以期对相关设计和工程实践提供参考。